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《燕山大学》 2006年
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光纤光学式甲烷气体传感器的设计与实验研究

张景超  
【摘要】:光纤气体传感技术是一项正在发展中的新型测试技术,在工业生产、环境保护和医学等领域具有广阔的应用前景。近十几年来,随着光纤传感技术的发展,光纤气体传感器的研究在国内外均受到广泛的重视。光纤气体传感器以光作为被测量的信号载体,对测量对象不产生影响,其自身独立性好,并适应各种使用环境,由其组成的光纤传感系统便于与计算机连接,可满足多功能、智能化的要求,与光纤遥测技术相配合可实现远距离测量与控制。 瓦斯是发生在煤矿中重大自然灾害的根源之一,瓦斯爆炸严重威胁到煤矿作业人员的生命安全,影响矿井的正常生产。矿井中瓦斯的主要成分是甲烷,有效准确地预测甲烷爆炸的相关信息关系重大。本文提出基于分布反馈式半导体激光器(DFBLD)的波长调制技术、光纤传感技术和微弱信号检测技术,设计了一种新的气体检测传感系统和仪器。实验证明该仪器灵敏度高、重复性和稳定性好。该仪器稍加改进或换上其它附件,即可测量其它多种气体的浓度,在气体浓度测量领域,具有较好的应用前景。 本文的主要研究工作如下: (1)传统的检测方法采用光谱吸收法检测气体浓度,所用的气室有透射型吸收气室、反射型吸收气室和准直型渐变折射率透镜吸收气室。本文将汇聚型渐变折射率透镜即小型渐变折射率透镜应用到实际测量中,并使用光纤作为传输工具。小型渐变折射率透镜能使发散的反射光不再返回原光路,消除部分噪声,提高了信噪比。 (2)气体吸收的谱宽很窄,只占测量光源光强的几千分之一,比光源变化的噪声还要小,因此气体吸收微弱信号的检测十分重要。本文采用Ring-down腔技术于气室,使光按一定路径反复经过气室,增加了光和气体的有效作用距离,增强了有效吸收,提高了测试灵敏度。 (3)目前大部分测量气体浓度所用光源是激光二极管,但因其功率小加之光纤耦合的损耗,测量精度较小,灵敏度也低。本文使用1.65μm分布反馈式半导体激光器作光源并采用波长调制技术,使测量信号稳定,提高了测量精度。 (4)将小波变换技术应用于甲烷吸收光谱附近的几种干扰气体光谱信号的滤波、平滑和去噪处理,处理后的光谱信号前后峰位置、峰高、峰面积几乎均保持不变,实验结果表明,测量结果与理论模拟基本保持一致。
【学位授予单位】:燕山大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TP212

【引证文献】
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【共引文献】
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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1 记者  陈超;35亿年前微生物就能造甲烷[N];科技日报;2006年
2 新洲;日本利用海藻进行甲烷发电和废热供暖系统实验[N];中国海洋报;2004年
3 王俊鸣;欧美发现目前火星生命重要证据[N];科技日报;2004年
4 记者 陈勇;“卡西尼”在土卫六上看见“疑似湖泊”[N];新华每日电讯;2005年
5 解悦;南工大开发高效菌种让粪便转化成甲烷[N];江苏农业科技报;2009年
6 记者 杨骏;有雨有河,士卫六酷似地球40亿年前[N];新华每日电讯;2005年
7 吕静 王平才;北极甲烷面临解冻危险[N];中国石化报;2009年
8 辛 力;深海甲烷遇暖破冰升空污染大气[N];大众科技报;2003年
9 本报记者 黄永明;甲烷:气候变化的引爆器[N];南方周末;2010年
10 记者 曹丽君;地幔中可产生甲烷[N];新华每日电讯;2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张景超;光纤光学式甲烷气体传感器的设计与实验研究[D];燕山大学;2006年
2 丁永杰;甲烷洁净高效转化途径的研究[D];华东师范大学;2011年
3 杨华清;Ni、NiH~+、NiO和MgO等活化甲烷的理论研究[D];四川大学;2002年
4 王华;组合多相催化技术及其在甲烷与小分子化合物耦合反应中的应用[D];中国科学院研究生院(大连化学物理研究所);2004年
5 史春开;甲烷低温燃烧反应分子筛负载Pd催化剂[D];厦门大学;2003年
6 刘艳娜;焦炉煤气中氢气和甲烷的吸附分离[D];大连理工大学;2010年
7 刘振;甲烷经溴氧化途径制备高碳烃催化性能及工艺研究[D];湖南大学;2010年
8 任丽丽;担载型分子筛催化剂上CH_4选择还原NO反应的研究[D];中国科学院研究生院(大连化学物理研究所);2003年
9 张惠;甲烷选择性催化还原氮氧化物的基础研究[D];浙江大学;2005年
10 夏淑倩;甲烷在常压和高压下溶解度的测定与计算[D];天津大学;2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王晓红;CH_4-CO_2低温转化合成含氧有机物的研究[D];太原理工大学;2002年
2 郭玉高;甲烷在甲醇和烃类混合溶剂中高压溶解度的研究[D];天津大学;2004年
3 韦云波;光纤甲烷传感器技术研究[D];武汉邮电科学研究院;2012年
4 荆瑞勇;改性尿素对农田温室气体排放的影响[D];西南农业大学;2005年
5 贾超;纳米铜锡氧化物的制备及催化性能的表征[D];北京化工大学;2005年
6 闫智慧;天然气(CH_4)催化燃烧催化剂的研究[D];哈尔滨工程大学;2005年
7 宣东;金属负载的HZSM-5上甲烷和丙烷无氧芳构化反应研究[D];浙江大学;2006年
8 黎展毅;折流板反应器厌氧处理住宅小区生活污水试验性研究[D];广东工业大学;2006年
9 师春元;甲烷泄漏检测及扩散研究[D];西南交通大学;2006年
10 尹潇;甲烷制燃料电池氢源催化剂的设计改进[D];华中科技大学;2007年
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